專利名稱：直線致動裝置和方法
技術領域：
本發明一般地涉及由電動機驅動的致動器，更具體地，涉及用于汽車座椅和人機工程支承的移動裝置的致動器。
背景技術：
在各種裝置中使用電動機來致動運動是已知的。尤其是將電動機用于例如汽車座椅和座椅內的人機工程支承等裝置中。可以通過施加壓力或拉力，即通過推或拉，來致動移動部件。當使用電動機施加這種力時，必須設計用于將電動機軸的轉動力轉換成與待移動部件相連接的所希望的壓力或拉力。例如，與電動機軸相接合的齒輪組可以安裝有帶輪，該帶輪與拉索相連接，以便電動機的轉動使拉索纏繞在帶輪上，由此通過拉索將牽引力施加到移動部件上。
在許多工業中，尤其是在汽車工業中，一直需要降低零部件所需的成本、提高耐久性、提高效率和減小套件尺寸-即減小為致動運動而安裝的部件所占空間的量。更具體地，在汽車座椅中需要這種套件，即，該套件具有與其所驅動的力聯接裝置成一條直線的電動機。也需要減小提供必需大小的力所需要的電動機的尺寸和功率，還需要降低聯接部件-例如用于將力傳遞到待移動的座椅或人機工程裝置的拉索-的成本、重量和等級。因此，還需要配置齒輪組、電動機和力傳遞聯接裝置-例如帶有具有較大傳動比的拉索的齒輪組。
發明內容
本發明涉及一種直線電動機致動器。在本發明的一個方面中，電動機具有與在機殼內的齒輪組相接合的轉子軸。在該方案中，齒輪組可以是行星齒輪組。行星齒輪與固定在軸、桿或其它力傳遞部件-例如絲杠/導螺桿(lead screw)-上的盤相接合。也位于相同的或固定在附近的機殼內的絲杠與移動塊相接合。這些部件形成的裝置允許操作電動機以轉動齒輪組，通過齒輪組的傳動比將機械效益(mechanical advantage)應用于盤的轉動，并由此應用于絲杠的轉動。轉動的絲杠與機殼內的移動塊相接合，從而當絲杠轉動時，該絲杠與移動塊螺紋相接合并使移動塊沿絲杠軸向移動。移動塊的橫向移動，即移入和移出，可以聯接到其它力施加聯接部件，例如銷或拉索。
在本發明的另一方面中，電動機具有轉子軸管。也就是說，轉子軸沿其軸線是中空的。轉子軸管在其連接到齒輪上的位置處延伸到電動機的外部，并與齒輪組相接合。在本發明的一個方面中，轉子軸管與行星齒輪組的太陽輪相接合。通過與齒輪組相接合，轉子軸管驅動與太陽輪和轉子軸管同軸的盤。該盤具有與帶螺紋的桿相接合的螺紋孔。該桿與轉子軸管同軸并穿過該轉子軸管沿軸向移動。該桿的移動，即移入和移出運動，被傳遞到其它力傳遞聯接部件。在本發明的一個方面中，桿的一端從電動機和齒輪組向外延伸。桿的該端部固定到例如塊等聯接裝置上，該聯接裝置具有適于接納例如拉索等另一力傳遞聯接部件、與該聯接部件相連接并將力傳遞到該聯接部件上的座。因此，電動機驅動齒輪組并轉動帶有螺紋的盤，使得桿穿過轉子軸管移入電動機空間和從電動機空間移出。因此，該桿將拉力或壓力施加到下一個力傳遞聯接部件。
因此，為了進一步實現上述目的和優點，簡要地說，本發明是直線致動器，該致動器具有機殼、可轉動地安裝在機殼內的驅動盤、與驅動盤驅動連接的齒輪組、安裝在機殼上的電動機、連接到驅動盤上的絲杠以及連接到絲杠上的移動塊，該電動機具有轉子軸，該轉子軸與齒輪組驅動連接，其中，電動機驅動齒輪組以轉動驅動盤，驅動盤通過絲杠沿軸向移動所述移動塊。
另外，簡要地說，本發明是直線致動器的組裝方法，該方法包括以下步驟設置具有內齒圈的機殼；將電動機安裝在該機殼中，該電動機具有轉子軸管；將太陽輪固定到轉子軸管上；插入行星齒輪以與齒圈和太陽輪相接合；將驅動盤的行星齒輪軸插入行星齒輪；使桿與驅動盤相接合；以及使移動塊與桿的端部相接合。
下面將參照附圖詳細說明本發明進一步的特征和優點以及本發明的各種實施例的結構和操作。
包含在說明書中并形成說明書的一部分的附圖示出本發明的實施例，并與說明部分一起用于解釋本發明的原理。在附圖中圖1示出直線電動機致動器的剖視側視圖；圖2示出具有中空轉子軸管的直線電動機致動器的剖視側視圖；圖3示意性地示出部分拆掉的具有中空轉子軸管的直線電動機致動器的端視圖；圖4是具有中空轉子軸管的直線電動機致動器的分解圖。
具體實施例方式
在附圖中，相同的附圖標記指示相同的元件。參照附圖，圖1是根據本發明構造的直線電動機致動器的第一實施例的剖視側視圖，該致動器總體上由附圖標記8指示。該直線電動機致動器8包括具有轉子軸12的電動機10。電動機10具有可轉換的極性，從而可以沿任一方向驅動轉動。電動機10固定到或封閉在機殼20中。機殼20包括沿其內壁周向的內齒圈22。驅動盤40也位于機殼20內部。驅動盤40固定地安裝到帶螺紋的桿或絲杠50上。絲杠50與移動塊60螺紋接合。
電動機轉子軸12通過齒輪組30與驅動盤40驅動連接。在所述實施例中，齒輪組30由太陽輪32和行星齒輪34形成。太陽輪32安裝在轉子軸12上，以便當電動機10工作時，軸12轉動太陽輪32。在所述實施例中，太陽輪32與三個行星齒輪34相接合。可以使用任何形式的齒輪組30將動力從轉子軸12傳遞到驅動盤40，這在本發明的范圍內。因此，可以使用任何數量的行星齒輪，這也在本發明的范圍內。行星齒輪34被致動后圍繞太陽輪32公轉。為此，行星齒輪封裝在機殼20的內表面上的齒圈22內并外接于該齒圈22。每個行星齒輪34的一側與齒圈22相接合，另一側與太陽輪32的齒相接合。這樣，有利的傳動放大了從轉子軸12接收到的力，并將較大的轉矩輸出到絲杠50。因此，可以使用較小且較便宜的電動機10。
每個行星齒輪34都在安裝在驅動盤40上或與驅動盤形成一體的軸36上轉動。在所述實施例中，驅動盤40與轉子軸12和絲杠50同軸。當行星齒輪34被驅動而圍繞太陽輪32公轉時，行星齒輪34帶動軸36和其上的驅動盤40，使驅動盤40轉動。
驅動盤40的轉動使絲杠50轉動。絲杠50的轉動通過螺紋接合使移動塊60沿軸向向內或向外移動或平移，或者向圖1所示的右側或左側移動或平移。移動塊60通過其與機殼20的接合(未示出)-例如軌道和狹槽結構或任何其它非圓形的形狀-而停止自轉。
由于實現了移動塊60的向內和向外運動，因此可以通過在本發明范圍內的任何結構將推力和拉力傳遞到其它力傳遞聯接部件。在所述實施例中，使用拉索組件70，例如鮑頓(Bowden)拉索。拉索組件包括通常為柔性的套管或導管74。套管74中設置有可穿過該套管沿軸向滑動的拉索72。拉索組件70的一端如上所述連接到致動器上，以便可以施加拉力以從套管74拉動拉索72。拉索組件70的另一端與待移動的物體-例如座椅中的腰部支承或者例如安裝成沿軌道前后移動的座椅-相接合。可以通過本發明的直線電動機致動器致動任何運動，這在本發明的范圍內。在所述實施例中，輔助機殼蓋80為拉索套管74提供了座82，以便在向拉索72施加拉力時保持套管靜止。通過安裝拉索端部-典型地通過安裝在移動塊60上的相應座內的珠狀體(bead)或錐形體(bullet)-來施加拉力。當轉動絲杠50時，當移動塊60向圖1所示的實施例中的右側或者向內朝電動機10移動時，移動塊施加拉力。施加到拉索72上的拉力將作用在拉索組件70的另一端，以移動人機工程支承-例如拱形支承或腰部支承，或沿軌道向前或向后拉動座椅。
在組裝中，機殼在制造時通常分為大體上兩半。將電動機10、齒輪組30、驅動盤40、組裝好的絲杠50以及移動塊60置于機殼20的第一半中。然后，用通常是機殼20的一半的第二互補部分封蓋這些部件，并密封該第二互補部分。
組裝的第二步是，將力傳遞聯接裝置安裝到直線電動機致動器8上。在所述實施例中，移動塊60延伸(向圖1中的左側)到機殼20的端部。拉索72的端部容納在移動塊60中，機殼端蓋80安裝在絲杠50的端部上并與機殼20的端部形成例如卡接配合的鎖定接合。拉索套管74被置于套管座82中。可以安裝拉索72的狹槽未示出。
在操作中，包含有直線致動器8的座椅上的乘員沿第一方向轉動開關，電動機10的第一極通電。轉子軸12沿第一方向轉動，轉動太陽輪32并從而轉動行星齒輪34。行星齒輪34沿第一方向轉動驅動盤40。因此，沿第一方向轉動絲杠50，移動塊60從朝向圖1中的左側且遠離電動機10的松弛(relaxed)位置開始運動，并移動到靠近電動機10或移動到圖1中的右側。該移動向拉索72施加拉力，促使致動裝置運動。例如，如果要延伸腰部支承，則拉索組件70將抵抗座椅上的乘員的重量使腰部支承移動到腰部支承位置，承受乘員的重量負荷。當該裝置到達舒適位置時，乘員通過松開電動機電源開關選擇該位置。選擇好的位置通過絲杠50的螺紋與移動塊60的螺紋之間的摩擦保持住。當座椅上的乘員想要使人機工程支承回到平的或松弛位置，就沿相反方向撥動電動機的電源開關。電動機中的極性轉換，轉子軸12沿相反方向轉動。齒輪組30、驅動盤40和絲杠50也沿相反方向轉動。這迫使移動塊60向外遠離電動機10移動，并移動到圖1中的左側。這松開了拉索72上的牽引，腰部支承上的負荷(乘員的重量)可以使腰部支承回到松弛或平的位置。
圖2、圖3和圖4分別是根據本發明構造的直線電動機致動器的另一實施例的剖視側視圖、端視圖和分解圖，該致動器總體上由附圖標記108指示。第二實施例與第一實施例的區別在于，電動機轉子軸112是管而不是實心軸。由于是中空的，因此該轉子軸既有外徑116又有內徑114。其外徑116固定在電動機110的電樞上，并在與電動機110的關系和被該電動機轉動方面起到普通電動機轉子軸的作用。在第二實施例中，中空轉子軸管在其內徑114中接納桿150。這兩種構型都減小了直線致動裝置在徑向上的總套件尺寸。第二實施例還減小了在軸向上的尺寸。此外，第二實施例使桿150可以延伸出電動機110的兩端，更有利于致動聯接裝置。在所述實施例中，僅示出軸或心軸(桿)150在一側延伸。
圖2、圖3和圖4所示的實施例也具有齒輪組130。在所述實施例中，該齒輪組也是行星齒輪組。轉子軸管112與小齒輪相接合，該小齒輪是太陽輪132。轉子軸管112的轉動使太陽輪132轉動。太陽輪132與行星齒輪134相接合，行星齒輪外接于機殼120的內表面上的齒圈122并與該齒圈相接合。常規機殼120的任何構型都在本發明的范圍之內。在所述實施例中，例如通過模制塑料來制造分離的機殼部件124，以允許容易地組裝齒輪組座部件。行星齒輪134(在所述實施例中是三個，可替換實施例可具有不同數量的行星齒輪)與行星齒輪軸136相接合。軸136安裝在驅動盤140上或與該驅動盤形成一體。驅動盤140與轉子軸管112和太陽輪132同軸并與它們相鄰。
在所述實施例中，桿150在其外表面上有螺紋，驅動盤140在軸向通孔的內表面上有螺紋。桿150旋入驅動盤140的通孔中。齒輪組130和桿150通過機殼部件124在齒輪組130和驅動盤140上的配合而封裝在機殼120中。可以包括軸承126或軸襯。桿150延伸穿過機殼中的通孔128。
該裝置可以將施加到轉子軸管112上的轉動力轉換為桿150的軸向運動和通過該桿150施加的力。此后，用于將來自桿150的力進一步傳遞到待移動物體-例如腰部支承或座椅-的任何形式的聯接裝置都在本發明的范圍之內。在所述實施例中，機殼部件124是容納有移動塊160的長形軸。移動塊160固定在桿150的端部上，并隨著桿150的軸向運動向內和向外-即，朝向或遠離電動機110-移動。移動塊通過其與機殼軸(機殼部件)124內側的接觸面的構型被不轉動地固定，該接觸面在所述實施例中是正方形的。軸124的長度可以形成移動塊移動行程的終點止擋。
移動塊160包括座162，該座用于拉索172的端部安裝錐形體或珠狀體176。拉索組件170還包括安裝在機殼蓋180的套管座182中的套管174。因此，電動機110沿第一方向的轉動通過齒輪組和驅動盤轉換為桿150的向圖2中的左側的向內運動。該運動使移動塊160遠離拉索套管174，并將拉力施加到拉索172上，以便從套管拉動拉索。在拉索組件170的另一端，人機工程支承或座椅或其它移動裝置將被致動而進行期望的運動。
圖3是部分拆掉的直線電動機致動器的端視圖。這是將機殼軸124和驅動盤140從機殼120上拆掉后看到的視圖。在圖3中不僅可以看見行星齒輪134與齒圈122的接合，還可以看見行星齒輪與太陽輪132的接合。太陽輪132固定在轉子軸管的外徑116上。轉子軸管的內徑114足夠寬，以便桿150可以沿軸向移入該軸管。或者，桿和軸管的接觸面可以潤滑、增加軸承和軸襯，或者可以緊配合。桿150上有螺紋并且所述螺紋與驅動盤140的通孔上的內螺紋相接合，其中，在圖3所示的部分拆掉的視圖中驅動盤被拆掉了。
圖4是直線電動機致動裝置108的分解視圖。圖4有利地示出機殼120的內表面上的齒圈122。圖4還示出移動塊160和機殼部件124之間的接觸面的一種可選構型，即正方形。
在組裝中，將電動機110安裝在機殼120中。將太陽輪132固定在轉子軸管112上。插入行星齒輪134，以與齒圈122和太陽輪132相接合。插入驅動盤140，使行星齒輪軸136容納在行星齒輪134中。旋擰桿150，使之穿過驅動盤140的通孔，并繼續旋擰桿150，以便桿150滑入轉子軸管112的中空內腔。桿150形成合適的尺寸，以便不與太陽輪132相接合或接觸。桿150的外徑可以接觸或者可以不接觸轉子軸管112的內徑114。將在適當位置處安裝有軸承或軸襯126的機殼部件124安裝在該裝置上。機殼部件124可以以任何方式-例如卡接配合-固定在機殼120上。將拉索安裝珠狀體或錐形體176安裝在移動塊160的座162中。移動塊160例如通過卡接配合或螺紋接合與桿150的端部相接合。將拉索套管174置于機殼端蓋180的座182內，并將機殼端蓋180固定在機殼部件124上。
這種組裝方法可以用于圖1所示的本發明的第一實施例，或者上述縱裂平分法可以用于第二實施例。
在操作中，包含有直線致動器108的座椅上的乘員撥動電源開關，以便在第一極性上接合電動機110。電動機轉動轉子軸管112，進而轉動太陽輪132。太陽輪132的轉動使行星齒輪134在齒圈122內圍繞小齒輪(太陽輪)132公轉。該公轉使行星齒輪軸136轉動，進而使驅動盤140轉動。驅動盤140與桿150的螺紋接合使桿150朝向電動機110軸向平移，并平移到圖2中的左側(圖4中的右側)。桿150的軸向平移拉動移動塊160，進而從固定在機殼端蓋180中的拉索套管174拉出拉索172。對拉索組件的牽引致動了所連接的部件或裝置-例如腰部支承-的運動。當該裝置到達乘員所選擇的位置時，乘員松開電源開關。桿150與驅動盤140的摩擦接合抵抗座椅上的乘員的重量負荷而將選擇好的位置保持住。當座椅上的乘員想要使部件或裝置回到其初始位置時，就沿相反方向撥動電動機電源開關(未示出)，轉換電動機110上的極性并使太陽輪132沿相反方向轉動。該接合使驅動盤140的轉動反向。該倒轉通過與桿150的螺紋接合而被轉換，以便沿相反方向從電動機110向外移動桿150，并將桿150移動到圖2中的右側(圖4中的左側)。桿150的移動相對于拉索套管174向外推動移動塊160并松開作用在拉索172上的張力。被致動的裝置-例如腰部支承-上的負荷使該裝置移動回松弛位置，該松弛位置在腰部支承的示例中是平的位置。
除了減小了兩個實施例在徑向上的套件尺寸之外，(還減小了第二實施例在軸向上的套件尺寸)本文所述的直線致動器的兩個實施例都實現了其它優點。有利的齒輪組-例如所述行星齒輪組-通過其傳動比提供了機械效益，并可以使用較小的且較便宜的電動機。直線構型也可以使用較輕規格的和因此較便宜的拉索。這是由于，其它致動系統依賴帶輪以及由帶輪提供的機械效益將拉索纏繞在帶輪上，以便從套管拉動拉索。這當然需要使拉索彎曲。使拉索彎曲需要較結實的拉索。本發明不使拉索彎曲，而僅直接對其施加基本平行于拉索安裝軸線的線性力。這樣施加力允許使用較輕規格的拉索，而拉索不可能斷裂，因此可以保持拉索的有利耐久性和壽命，同時可以使用較便宜的部件。
從上述可見，實現并獲得了本發明的若干優點。
為了最好地解釋本發明的原理和實際應用，選擇并說明了上述實施例，從而使本領域的技術人員能夠在各種實施例中和各種適合于預期特殊用途的各種變型中最好地利用本發明。
由于可以在不脫離本發明的范圍內對本文所述的構造和方法中進行各種修改，因此包含在上述說明部分或在附圖中示出的所有內容都應解釋為示例性的，而非限制性的。從而，本發明的寬度和范圍不限于上述示例性實施例，而應該僅由所附的權利要求及其等效物來限定。
權利要求
1.一種直線致動器，其特征在于，包括a.機殼(20，120)；b.可轉動地安裝在所述機殼(20，120)中的驅動盤(40，140)；c.與所述驅動盤(40，140)驅動連接的齒輪組(30，130)；d.安裝在所述機殼(20，120)上的電動機(10，110)，所述電動機(10，110)具有轉子軸(12，112)，所述轉子軸(12，112)與所述齒輪組(30，130)驅動連接；e.連接到所述驅動盤(40，140)上的絲杠(50，150)；以及f.連接到所述絲杠(50，150)上的移動塊(60，160)，其中，所述電動機(10，110)驅動所述齒輪組(30，130)以轉動所述驅動盤(40，140)，所述驅動盤(40，140)通過所述絲杠(50，150)沿軸向移動所述移動塊(60，160)。
2.根據權利要求1所述的直線致動器，其特征在于，鮑頓拉索(70，170)連接到所述移動塊(60，160)上。
3.根據權利要求1所述的直線致動器，其特征在于，還包括連接到所述機殼(20，120)的輔助機殼蓋(80，180)，所述輔助機殼蓋(80，180)包括適于接納拉索套管(74，174)的座(82，182)。
4.根據權利要求1所述的直線致動器，其特征在于，所述絲杠(50，150)與所述移動塊(60，160)螺紋接合，并且所述絲杠(50，150)連接到所述驅動盤(40，140)上而與所述驅動盤一起轉動。
5.根據權利要求4所述的直線致動器，其特征在于，所述移動塊(60，160)與所述機殼(20，120)的內部滑動接合。
6.根據權利要求1所述的直線致動器，其特征在于，所述轉子軸(112)具有內徑(114)和外徑(116)，所述內徑(114)接納所述絲杠(150)。
7.根據權利要求6所述的直線致動器，其特征在于，所述絲杠(150)與所述驅動盤(140)螺紋接合，并且所述絲杠(150)固定在所述移動塊(160)上。
8.根據權利要求6所述的直線致動器，其特征在于，還包括連接到所述機殼(120)上的機殼部件(124)。
9.根據權利要求1所述的直線致動器，其特征在于，所述齒輪組(30，130)是行星齒輪組。
10.根據權利要求9所述的直線致動器，其特征在于，所述驅動盤(40，140)包括至少一個用于接納至少一個行星齒輪(34，134)的一體軸(36，136)。
11.根據權利要求9所述的直線致動器，其特征在于，所述行星齒輪組(30，130)包括一太陽輪(32，132)和三個行星齒輪(34，134)，所述機殼(20，120)包括內齒圈(22，122)，所述太陽輪(32，132)連接到所述轉子軸(12，112)上，并且所述行星齒輪(34，134)在所述內齒圈(22，122)內運動。
全文摘要
本發明涉及一種直線電動機致動器。電動機(10)具有與機殼(20)內的齒輪組(30)相接合的轉子軸(12)。例如，該齒輪組(30)可以是行星齒輪組。行星齒輪(34)與盤(40)相接合。該盤(40)固定到軸、桿或其它力傳遞部件－例如絲杠(50)－上。該絲杠(50)與移動塊(60)相接合。當絲杠(50)轉動時，移動塊(60)沿絲杠(50)移動。移動塊(60)的橫向運動可以聯接到其它力施加裝置－例如銷或拉索－上。在本發明的一個方面中，轉子軸(112)是中空管，絲杠(150)是設置成滑入和滑出轉子軸管(112)的心軸或桿。
文檔編號F16H3/06GK1930757SQ200580007252
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月25日 優先權日2004年2月6日
發明者H·布倫代亞, C·菲德勒 申請人:L&P產權管理公司